В чем разница между белыми объектами и прозрачными объектами с точки зрения фотонов?

Белый объект действительно поглощает фотоны, поскольку вы не можете заставить свет пройти сквозь него. Он белый, потому что поглощенные фотоны переизлучаются, а эффективность процесса поглощения/переизлучения более или менее одинакова для всей видимой длины волны: красный свет переизлучается с той же скоростью, что и синий свет. Конечно, объект будет выглядеть белым, пока вы освещаете его белым светом.

Макроскопический кусок стекла прозрачен, потому что, как вы говорите, ширина запрещенной зоны выше, чем энергия видимого света. Однако оконное стекло пропускает только около 95% света, потому что 5% отражается на границе раздела воздух/стекло. Это отражение связано с изменением показателя преломления на границе раздела, а не с поглощением света.

Если мы теперь измельчим наш кусок стекла в мелкий порошок, он изменится с прозрачного на белый. Стекло по-прежнему не поглощает свет, но на пути через порошок луч света будет встречать множество границ раздела воздух/стекло, и на каждой границе будет отражаться 5% света.

При попадании всего в 13-14 зерен рассеивается 50% света. 100 гран рассеивают 99,5% исходного света. Эти цифры получены из:

где$n$это количество раз, когда свет отражается от границы раздела воздух/стекло.

Таким образом, если порошок мелкий, падающий на него свет будет многократно отражаться и рассеиваться в случайных направлениях. Вот почему порошок выглядит белым. Направление отраженного света рандомизировано. На самом деле показатель преломления и, следовательно, отражательная способность изменяются с длиной волны, но это изменение слишком мало, чтобы оказать заметное влияние на цвет рассеянного света.

Материал может быть как прозрачным , так и белым.

Возьмем, к примеру, облако. Облака могут быть довольно белыми, но они полностью состоят из прозрачных капелек воды.

Что-то выглядит белым, если от него исходит «равное» количество красного, зеленого и синего света. Это может произойти одним из трех способов:

Излучение Белый свет выглядит белым, потому что он излучает примерно одинаковое количество трех основных цветов.

Поглощение/переизлучение Материал может поглощать свет, но повторно излучать его с той же длиной волны. Если он делает это с одинаковой эффективностью для всех основных цветов, то при освещении материала белым светом он будет переизлучать белый свет во всех направлениях.

Рассеяние Одна призма может преломлять три основных цвета в разных направлениях, фактически разделяя их. Облако состоит из триллионов крошечных прозрачных призм. Каждый из них берет любой падающий свет и отправляет его обратно под немного другим углом. Когда свет входит в облако, он взаимодействует с тысячами призм, каждая из которых отправляет свет в несколько ином направлении, смешивая его. В конце концов, часть света возвращается из облака обратно в ваш глаз. Хотя каждая призма по-разному преломляет три цвета, они совсем не сильно их поглощают, и каждый цвет подвергается «сильному» рассеянию, т. е. одинаковому количеству рассеяния, поэтому облако кажется белым.

Есть три разных вещи, которые объекты делают с падающими фотонами. Поглощать, отражать и передавать. Поглощение — это когда атомы объекта поглощают фотоны, чтобы перейти в возбужденное состояние или на более высокий энергетический уровень (они нагреваются). Отражение — это когда эти фотоны испускаются или отражаются одними и теми же атомами. В случае белого объекта все длины волн (цвета) света отражаются. Этот процесс полностью отличается от передачи, когда атомы просто не поглощают фотоны, так как их энергия слишком мала. Таким образом, в то время как прозрачные материалы пропускают свет, белые материалы отражают его.